Home Forschung & Bildung Origami wird verwendet um 4D-Metamaterialien zu verstärken

Origami wird verwendet um 4D-Metamaterialien zu verstärken

Chinesische Forscher erforschen heute nicht nur die Inspiration von Origami-Designs und -Strukturen in Wissenschaft und Technologie, sondern auch die Verwendung des 4D-Drucks in einer Reihe industrieller Anwendungen. Ihre Ergebnisse wurden kürzlich in „Miura-ori tube metamaterial with tunable dynamic property“ veröffentlicht, in dem sie untersuchen, wie moderne Strukturen entwickelt werden können, um auf ihre Umgebung zu reagieren, sei es als Komponenten für die Luft- und Raumfahrt, für die weiche Robotik oder sogar für die ozeanographische Technik. Der Unterschied bei diesen 4D-Strukturen besteht darin, dass ihre komplexen Strukturen durch das Stapeln von Miura-Platten und die Abstimmung von Origami-Metamaterialien entstehen.

Während abstimmbare Materialien heutzutage offensichtlich ein Gebrauchsgegenstand sind, führen viele Konstrukteure aus dem 3D-Bereich zu denen der 4.Dimension. Typische Strukturen, die erstellt werden, sind jedoch oft zu porös und es fehlt ihnen die gewünschte Gesamtintegrität. Diese Arten von Strukturen können auch nicht mehr geändert werden, sobald sie hergestellt wurden. Um diese Herausforderungen zu überwinden, schlagen die Autoren vor, Origami-Strukturen für Konstruktionsstrukturen vom Nano- bis zum großen Maßstab zu verwenden.
„Das Ziel von Origami ist es, ein flaches, quadratisches Blatt Papier durch Falt- und Formungstechniken in eine aufwendige 3D-Struktur umzuwandeln“, erklären die Forscher. „Es hat daher einige Vorzüge, wie einfache Herstellung, Vermeidung der komplexen Montage und normalerweise geringes Gewicht.“

Origami-Strukturen haben in früheren Forschungsstudien nachweislich erfolgreich Verschiebungen der Resonanzfrequenzen erzeugt, thermische Ausdehnungskoeffizienten aktualisiert, elektromagnetische Reaktionen abgestimmt und sogar die Steifigkeit verändert. Für diese Studie konnten die Autoren zwei Miura-Platten erstellen, die an ihren offenen Seiten identisch zusammengebaut waren, was zur Konstruktion eines Miura-ori-Röhren-Metamaterials führte. Numerische Berechnungen wurden durchgeführt, um sowohl die Eigenfrequenz als auch die dynamischen Eigenschaften des einzigartigen Metamaterials zu erfassen. Anschließend wurden in fünf Schritten Metamaterialien für Miura-ori-Rohre hergestellt: Schneiden, Formen, Stanzen, Besäumen und Kleben.

Die Forscher untersuchten die dynamische Verschiebungsreaktion in Bezug auf die Oberwellenbelastung und stellten fest, dass sie „in einem weiten Bereich“ eingestellt werden kann.

„Der Grund, warum das vorgeschlagene Miura-ori-Röhren-Metamaterial dynamisch abgestimmt werden kann, wurde auch aus theoretischer Sicht qualitativ erklärt. Diese Ergebnisse eröffnen einen neuen Weg in Richtung leichtgewichtiger und rekonfigurierbarer Metamaterialien mit gleichzeitig konstruierten, abstimmbaren dynamischen Eigenschaften“ , schloss die Forscher in ihrer Arbeit. „Darüber hinaus ergeben sich beispiellose Möglichkeiten für Leichtbaustrukturen, um die Anforderungen mit einem extrem weiten Bereich von einstellbaren dynamischen Eigenschaften zu erfüllen, wenn mehrere Materialien verwendet werden, um das auf Miura basierende Rohr-Metamaterial zu bilden.“

„Weitere Forschungen konzentrieren sich auf die Untersuchung der Einflüsse der Dämpfung auf die durchstimmbaren dynamischen Eigenschaften. Darüber hinaus werden wir versuchen, das dynamische Modell des Miura-ori-Röhren-Metamaterials mithilfe des Federmasse-Dämpfungssystems zu etablieren und die Formulierungen von NNFs und dynamischen Verschiebungsantworten abzuleiten.“

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